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Grain orientation, angle of incidence, and beam polarization effects on ultraviolet 300 ps-laser-induced nanostructures on 316L stainless steel

  • Laser-induced periodic surface structures (LIPSS) represent a unique route for functionalizing materials through the fabrication of surface nanostructures. Commercial AISI 316L stainless steel (SS316L) surfaces are laser treated by ultraviolet 300 ps laser pulses in a laser line scanning (LLS) approach. Processing parameters are optimized (pulse energy of 2.08 µJ, pulse repetition frequency of 300 kHz, and suitable laser scan and sample displacement rates) for the generation of low spatial frequency LIPSS over a large 25 × 25 mm2 area. Different angles of incidence of the laser radiation (0°, 30°, and 45°) and different linear laser beam polarizations (s and p) produce a plethora of rippled surface morphologies at distinct grains. Scanning electron microscopy and 2D Fourier transforms, together with calculations of the optical energy deposited at the treated surfaces using Sipe's first-principles electromagnetic scattering theory, are used to study and analyze in detail these surfaceLaser-induced periodic surface structures (LIPSS) represent a unique route for functionalizing materials through the fabrication of surface nanostructures. Commercial AISI 316L stainless steel (SS316L) surfaces are laser treated by ultraviolet 300 ps laser pulses in a laser line scanning (LLS) approach. Processing parameters are optimized (pulse energy of 2.08 µJ, pulse repetition frequency of 300 kHz, and suitable laser scan and sample displacement rates) for the generation of low spatial frequency LIPSS over a large 25 × 25 mm2 area. Different angles of incidence of the laser radiation (0°, 30°, and 45°) and different linear laser beam polarizations (s and p) produce a plethora of rippled surface morphologies at distinct grains. Scanning electron microscopy and 2D Fourier transforms, together with calculations of the optical energy deposited at the treated surfaces using Sipe's first-principles electromagnetic scattering theory, are used to study and analyze in detail these surface morphologies. Combined with electron backscattering diffraction, analyses allow associating site-selectively various laser-induced-surface morphologies with the underlying crystalline grain orientation. Resulting grain orientation maps reveal a strong impact of the grain crystallographic orientation on LIPSS formation and point toward possible strategies, like multi-step processes, for improving the manufacturing of LIPSS and their areal coverage of polycrystalline technical materials.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:L. Porta-Velilla, E. Martínez, A. Frechilla, M. Castro, G. F. de la Fuente, Jörn BonseORCiD, L. A. Angurel
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Laser & Photonics Reviews
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.2 Material- und Oberflächentechnologien
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley-VCH GmbH
Verlagsort:Weinheim
Aufsatznummer:2300589
Erste Seite:1
Letzte Seite:21
Freie Schlagwörter:Electron backscattering diffraction (EBSD); Grain orientation; Laser processing; Laser-induced periodic surface structures (LIPSS); Steel
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Material
Material / Nano
DOI:10.1002/lpor.202300589
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-588929
ISSN:1863-8899
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:27.11.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:11.12.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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